DE2219290A1 - Verfahren zur herstellung von adhaesiven oder kohaesiven verbindungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von adhäsiven oder kohäsiven Verbindungen Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von adhäsiven oder kohäsiven Verbindungen in oder mit Aluminium.
• Die hergestellte Verbindung kann direkt von Metall zu Metall zwischen zwei Aluminiumteilen oder zwischen Aluminium oder einem anderen Metall oder zwischen Aluminium oder bestimmten Nichtmetallen, insbesondere Papier, vorgenommen werden. Das Nichtmetall kann eine Flüssigkeit sein. Unter einer "adhäsiven Verbindung wird eine solche Verbindung verstanden, bei der eine Grenzfläche zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen vorhanden ist; unter einer "kohäsiven Verbindung" wird eine solche Verbindung verstanden, bei der die Grenzfläche verschwunden ist, so dass die miteinander zu verbindenden Teile miteinander eine Einheit bilden. In vorliegender Beschreibung und in den Ansprüchen ist unter "Aluminium" auch jede Legierung zu verstehen, die vorwiegend aus Aluminium besteht.
• Mit der Erfindung wird diese Verbindung über einen Reibvorgang erreicht. Bei diesem werden einer oder beide miteinander zu verbindenden Teile durch Reibwirkung mittels eines Reibwerkzeuges behandelt, und zwar gerade dann, wenn die Verbindung sich zwischen den Teilen bildet, oder unmittelbar zuvor. Die Verbindung hat üblicherweise die Form einer Nahtlinie, kann jedoch einen breiten Raum einnehmen, so dass sie ein Laminat bildet, oder aber kann diskontinuierlich sein.
• Der Vorgang der Verbindung bei diesen Verfahren ist zur Zeit nicht bekannt. Es ist erforderlich, Energie von einem Werkzeug, das zur Erzielung der Behandlung des Zusammenbauens von miteinander an ihren Grenzflächen zu verbindenden Materialien einzuspeisen, der Vorgang ist jedoch grundsätzlich verschieden von solchen Vorgängen, wie z.B. Reibungsschweißen (wobei beide Teile teilweise dadurch verschmolzen werden, dass sie bis zum Verschmelzen gegeneinander gerieben werden und dass sie dann durch Gegeneinanderpressendnter hohen Drücken gestaucht werden) und durch Ultaschall-verschweissungsvorgänge, bei denen ein Werkzeug oder eine Sonotrode mechanische Vibrationen im Ultraschallbereich auf das Werkstück gegen einen Amboss ausführt, wobei die Materialien durch Hammerwirkung verschweisst werden.
• Der Vorgang unterscheidet sich auch von den Heißsiegelverfahren (bei denen im wesentlichen das Metall entweder ganz oder im Versiegelungsbereich mit einem Klebstoff oder einem Material, das als Kleber dienen kann, überzogen wird), wobei Wärme und Druck auf ein Aluminium enthaltendes Laminat oder auf eine überzogene Aluminiumfläche aufgebracht werden kann, derart, dass sie mit einer anderen überzogenen Fläche verbunden wird.
• Im Falle vorliegender Erfindung wird zwar eine bestimmte Wärmemenge zwischen dem Werkzeug und dem zu behandelnden Teil erzeugt, diese Wärmemenge braucht jedoch keinesfalls so hoch zu sein, dass das Material zum Schmelzen kommt, obgleich ein gew1s ser Druck aufgebracht wird, braucht dieser Druck nur so hoch zu sein, dass er die miteinander zu verbindenden Teile in innigem Kontakt hält, und er kann von einer ganz anderen Größenordnung als die Drücke sein, die beim Reibungsschweißen oder beim Ultraschallschweißen benötigt werden. Selbst in dem Fall, in dem ein metallischer oder nicht-metallischer Überzug oder ein Zwischenbelag zwischen den Metallteilen in einer Naht vorhanden ist, wird dieser Belag während des Verfahrens nicht in den flüssigen Zustand übergeführt. Ein derartiger Überzug oder Belag wird selbst durch die Reibbehandlung nach dem gleichen unbekannten Phänomen behandelt.
• Die hauptsächliche Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens liegt in der Verpackungsindustrie. Beispielsweise kann das erfindungsgemässe-Verfahren entweder durch Laminieren über die Breite einer Bahn oder durch Ausbildung einer Verbindungslinie oder Verbindungslinien zur Befestigung selektiver Flächenlaminierung oder Versiegelung oder Punktversiegelung oder Verschweißung von Aluminiumbahnen oder Folien mit sich selbst oder einem unterschiedlichen Metall oder mit anderen Materialien verwendet werden. Andere Materialien sind Zellulose-derivate, z.B. Pappe, unbeschichtetes oder beschichtetes Papier und natürliche Gewebe, wärmehärtende Materialien, z.B. Polymidepoxydharze und Harnstoff- oder Phenolformaldehydharze. Das andere Material kann beispielsweise in Form einer Bahn, eines Filmes oder eines starren oder flexiblen Schaumes vorliegen. Aluminium kann mit einem Behälter verschweisst werden, um ihn zu versiegeln oder einen Aluminiumanhänger an einem Behalter oder einer Verpackung zu befestigen. Dies schliesst die Herstellung von Laminaten mit ein, die zwei oder mehr Komponenten aufweisen,in denen eine Aluminiumschicht mit einer anderen Schicht verbunden wird, z.B. einem Laminat, das Aluminiumfolie enthält, und Papier.
• Das erfindungsgemässe Verfahren wird auch bei der Handhabung von Aluminiumfolie und -bahnen und bei Herstellvorgängen angewendet, bei denen Produkte auftreten, die Aluminiumteile enthalten. Es kann z.B. verwendet werden, um die Enden einer unterbrochenen Bahn aus Aluminiumfolie im Laufe des Produktionsvorganges mit hoher Geschwindigkeit miteinander zu befestigen.
• Punkt- oder Liniepschweißung von Aluminiumfolie und Platte mit es anderen Metallensschließlich Stahl ist ein weiteres Anwendungsgebiet des erfindungsgemässen Verfahrens, das nicht nur für die Verpackungsindustrie, sondern auch für die metallurgische Industrie und die Bauindustrie im allgemeinen anwendbar ist.
• Bei der Durchführung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung braucht kein flüssiger Kleber verwendet zu werden, und es können Verbindungen bzw. Versiegelungen zwischen Metallen erzielt werden; es ist auch nicht erforderlich, die miteinander zu verbindenden Teile speziell zu präparieren. Überraschenderweise braucht dann, wenn Aluminium wenigstens eines der miteinander zu verbindenden Materialien ist, die Oxydschicht üblicherweise nicht entfernt zu werden. Darüber hinaus ist es selbst dann, wenn ein nichtmetallischer Überzug auf einem Metallteil vorhanden ist, nicht notwendig, den anderen Metallteil für dessen Aufnahme zu grundieren oder in anderer Weise zu präparieren, und es ist auch kein Flußmittel erforderlich.
• Eine Untersuchung der Verbindungen von Metall zu Metall, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren an den Grenzflächen der miteinander zusammenzubringenden Teilen hergestellt worden sind, zeigt, dass es in einigen Fällen möglich ist, eine vollständig kohäsive Verbindung zu erzielen, bei der die Grenzfläche verschwunden ist und keine Trennlinie existiert, selbst wenn man die Verbindung mit achthundertfacher Vergrößerung betrachtet.
• Obgleich die physikalischen Vorgänge, die sich in den Metall/Metallverbindungen, welche mit dem erfindungsgemässen Verfahren erzielt werden, abspielen, nicht vollständig geklärt sind, ist es möglich, dass eine molekulare Diffusion an den miteinander in Berührung stehenden Grenzflächen auftritt.
• Vorliegende Erfindung umfasst deshalb Gegenstände, bei denen Verbindungen entweder zwischen Aluminium und Aluminium oder zwischen Aluminium und einem anderen Metall diese Eigenschaften zeigen.
• Ferner ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren die Ausbildung schmaler Nahtlinien, gemusterter oder geforer Versiegelungen oder Punktschweißungen oder Großflächenlaminierung oder -behandlung.
• Das Aluminium kann in Form von Schichten, Bahnen, Folien, Stäben, Röhren, Draht, Fäden, Streifen, Fasern, Partikeln oder in anderer Form oder als Metallspritzbelag auf einer Bahn, einem Film, oder einer Faser vorliegen.
• Obgleich das erfindungsgemässe Verfahren zur Erzielung von Verbindungen von Metall mit Metall verwendet werden kann, ist es auch möglich, ein Material, z.B. einen Überzug oder einen Streifen aus wärmehärtendem Film zu verwenden, der als Kleber oder als Bindemittel im Bereich der Versiegelung wirkt.
• Bisher konnte mit Überzug versehenes Aluminium nur mit einer ähnlich mit Überzug versehenen Oberfläche verbunden werden, mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es jedoch möglich, eine mit Überzug versehene Oberfläche aus Aluminium mit einer Oberfläche aus Aluminium ohne Überzug zu verbinden, gleichgültig, ob die Verbindung von Metall zu Metall oder von Metall zu Überzug zu Metall vorgenommen wird.
• Überzüge können in dem Versiegelungsbereich entweder als Gesamtüberzug oder als Streifen, der in flüssiger Form auf eine der Oberflächen aufgebracht wird und dann vor dem Schweißvorgang fixiert wird, oder in Form eines Filmstrefens, z.B. aus einem wärmehärtenden Material, das vor dem Bindevorgang zwischen die Oberflächen eingebracht wird, verwendet werden, Klebstoffkomponenten können ferner der nahtfläche in Form von Feststoffmaterial aufgegeben werden, das zur Vereinfachung des Vorganges vorzugsweise vor dem Verbinden mit einer Oberfläche verschmolzen wird.
• Metallische Komponenten oder Schichten können auch als Klebemittel im Versiegelungsbereich verwendet werden, z.B.kann eine Schicht aus Aluminiumfolie zwischen zwei Schichten einer Aluminiumplatte eingesetzt werden, damit sie als Adhäsionsförderer wirkt, und es kann auch ein schmaler Streifen eines Lötmittels zwischen die Versiegelungsgrenzflächen zum selben Zewecke eingebracht werden. Metallische Materialien in Partikelform können ebenfalls verwendet werden.
• Andere Materialien mit denen Aluminium verbunden werden kann, sind auf Zellulosebasis beruhende Textilmaterialien, gewebte oder ungewebte Stoffe und organische Mäterialien, z.B. Keramik und Glas einschließlich Glasgewebe.
• Der Verbindungseffekt der Reibbehandlung kann durch zusätzliche Anregung der Fläche unterstützt werden, an der die Verbindung ausgeführt wird, indem Vibrationsenergie im Schall- und Ultraschallbereich oder aber elektrische oder thermische Energie zugeführt wird. In allen Fällen jedoch ist unter den Anwendungsbedingungen des Verfahrens entweder die Größe der zusätzlichen, aufgegebenen Anregung nicht ausreichend, um eine Verbindung vorzunehmen, und wenn die Reibbehandlung ausgeübt würde, würde keine Verbindung entstehen, oder aber in solchen Fällen, in denen die zusätzliche Vorrichtung für die Anregung allein in der Lage wäre, Verbindungen entstehen zu lassen, sind diese Verbindungen, die ausgebildet werden, wenn die zusätzliche Vorrichtung in Verbindung mit dem Reibvorgang verwendet wird, besser als jenes die erhalten werden, wenn die zusätzliche Anregungsvorrichtung allein verwendet würde. Beispielsweise zeigen die Verbindungen eine höhere Qualität, oder aber sie werden mit höherer Geschwindigkeit, mit geringerem Druck oder in anderer wirksamerer Weise erzielt.
• Die Verwendung einer zusätzlichen Anregung ermöglicht auch, dass die angewendete und durch das Reibwerkzeug aufgebrachte Energie kleiner als die Erforderliche, um eine Verbindung ln einem speziellen Fall zu erzielen, oder umgekehrt, um eine Verringerung der Energiemenge zu erzielen, die durch eine kostspieligere Speisequelle für die zusätzliche Anregung besP-tgestellt wird, als dies erforderlich wäre, wenn eine solche Vorrichtung allein verwendet würde.
• Ein Ultraschallwerkzeug, das als Vibrationsenergiequelle verwendet wird, kann tangential oder horizontal an eine äußere Oberfläche der Materialien, die mit dem Reibwerkzeug (das als Anker dient) verbunden werden sollen, in unmittelbarer Nähe auf einer gegenüberliegenden Fläche angesetzt werden, oder das Werkzeug selbst kann mit der Ultraschallenergiequelle verbunden werden. Der Wirkungsgrad des Ultraschallvorganges wird wesentlich in Hinblick auf die frühere Arbeitsweise verbessert, und beispielsweise können Drücke, die-normalerweise erforderlich sind, wenn der Ultraschallvorgang allein durchgeführt wird, vermindert werden, ferner auch der Widerstand gegen die Bewegung des Werkstückes an dem Schweißwerkzeug vorbei. Infolgedessen nimmt die Abnutzung an dem teueren Ultraschallschweißgerät erheblich ab, während die Schweiß- oder Versiegelungsgeschwindigkeiten beachtlich vergrößert werden. Man hat auch festgestellt, daß durch Kombinieren der beiden Vorgänge VerbindunSen in 1-laterialien vorbenommen werden können, die mit Ultraschallenergie allein nicht verbunden werden können.
• Die Bandbreite der Virbrationsenergie, die mit dem Reibvorgang gekoppelt werden kann, ist wesentlich breiter als die normalerweise in einem Ultraschalluerät verwendete, und es können Qnordnungen sowohl mit Schallfrequenz als auch mit hohen oder sehr hohen Frequenzen verwendet werden.
• Das Verfahren kann vorteilhafterweise auch mit Widerstandsheiz-oder Versiegelungsverfahren kombiniert werden.
• In Anwendungsfällen für eine kontinuierliche Versiegelung oder Laminierung kann das Reibrad als geerdete Elektrode dienen, während ein Rad auf der gegenüberliegenden Fläche des Werkstückes mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden sein kann.
• Ein elektrischer Lichtbogen oder eine Koronaentladung, die zwischen einer Hochfrequenzquelle auf einer Seite des Werkstückes und dem Reibwerkzeug auf der anderen Seite ausgebildet wird, unterstützt auch die Herstellung der Verbindung.
• In Kombination mit Wärmevorgängen kann entweder ein beheiztcr Träger, der die Form eines Rades oder einer walze annimmt, auf einer Seite des Werkstückes verwendet werden, während das ä>eib werkzeug auf die andere Seite aufgebracht wird, oder aber das Reibwerkzeug kann selbst beheizt sein, falls dies zweckmäßig sein solle, entweder, um die Belastung oder die Relativescliwindigkeit des Reibwerkzeugea zu verringern. In beiden Fällen ist die Temperatur der beheizten Werkzeuge vorzuUsweise hoch und wird thermostatisch gesteuert.
• Obgleich Wärme in Verbindung mit dem erfindungsgemäße Verfahren.
• angewendet werden kann, ist es häufig zweckmäßig, das-Reibrad sclbst oder den Träger für die zu verschweißende Anordnung zu kühlen, um ein Überheizen zu verhindern.
• Das üblicherweise zu verwendende Werkzeug ist ein umlaufendes Rad aus -glattem, reibfeste}ii, gegen Abnutzung widerstandsfähigem Material, insbesondere ein Rad aus "Vespel", das entweder mit Molybdänisulfid, Kohlenstoff oder Grafit gefüllt ist, oder aber aus "Tufnol", einem laminierten synthetischen Harzprodukt, das mit Papier, Gewebe oder Asbest verstärkt-ist.
• Andere Räder, die ebenfalls Verwendung finden können, bestehen -aus Keramik und Filz, das eine metallisierte Oberfläche aufweisen kann, ferner aus Metall, wie z.B. unlegiertem Stahl, Chromnickel-- und Holbydänlegierungsetählen (H.S.-Stählen), oder Wolframkarbidlegierungen. Diese Metallräder können besonders behandelt, mit einem Überzug versehen oder gehärtet sein. Die Räder können auch aus Aluminium und.Aluminiumlegierungen, Grafit und einer Vielzahl von Harzen einschließlich Bluorkohl enstof fpolymeren und Kopolymeren, Epoxyden und gefüllten oder ungefüllten thermoplastischen oder hitzehärtbaren Kunststoffen bestehen.
• Diese Räder haben vorzugsweise einen Durchmesser von 4 bis 8 cm und laufen mit einer Drehzahl von etwa 5.000 bis 45.000 U/min um: im Falle von mit Hochfrequenz angetriebenen Drehwerkzeugen kann die Drehzahl 100.000 U/min oder darüber betragen. Ein entsprechender Motor zum Antrieb des Rades ist ein 0,5 PS-Elektromotor, der 600 W aufnimmt und der mit einer Drehzahl von 54.000 U/min umläuft sowie über einen Transformator gesteuert ist.
• Wesentlich leistungsfähigere Werkzeuge von 1 bis 3,5 PS sind jedoch ebenfalls mit Erfolg verwendet worden und sind für kontinuierlichen Lauf besser geeignet Hochfrequenzdrehwerkzeuge sind für manche Anwendungsfälle bevorzugt und können mit höheren Drehzahlen betrieben werden, erfordern jedoch spezielle Umwandler.
• Wenn Druck aufgegeben wird, wird er normalerweise gegen einen Träger ausgeübt, der ein Rad, eine Walze, eine stationäre Bahn oder ein durchlaufendes Band ist, oder-aber eine Vorrichtung, beispielsweise eine Drucksteuervorrichtung. In manchen Fällen jedoch kann der Druck gegen einen Gegenstand ausgeübt werden, der beispielsweise umwickelt wird, während in anderen Fällen der Druck so gering sein kann, daß die Festigkeit der Materialien selbst, wenn sie zwischen Abstützungen gehalten werden, groß genug ist, damit der erforderliche, auszubildende, innige Kontakt ermöglicht wird, wenn das Werkzeug gegen; sie zwischen den Abstützungen gepreßt wird. In manchen Anwendungsfällen ist es auch möglich, einen Druck von einem Reibrad auf ein Zwischen material auszuüben, das nicht selbst einen Druck auf die miteinander zu verbindenden Materialien ausübt und in Kontakt mit diesen Materialien kommt.
• Der aufgebrachte Druck entweder direkt oder vollständig durch das Werkzeug oder teilweise durch das Werkzeug und teilweise durch die zusätzliche druckausübende Vorrichtung) variiert in weitem Bereich entsprechend der Dicke und anderen charakteristischen Eigenschaften des IIateriales bzw. der Materialien, die zu verbinden sind. Wenn Aluminiumfolie mit Aluminiumfolie oder einer Unterlage, z.B. Papier, verbunden bzw. versiegelt werden soll, braucht der von einem umlaufenden Rad ausgeübte Druck einige cm2 nicht zu übersteigen. Wenn jedoch Aluminiumblech versiegelt werden soll, können 2 Drücke in der Größenordnung von 50 kg/cm oder darüber von einer äußeren Druckquelle aufgebracht werden, damit/eine Verbindung aufgrund der Anwendung des Reibvorganges erhalten wird. In allen Fall.
• in denen über ein Reibelement allein Druck aufgebracht wird, ist der aufgebrachte Druck wesentlich geringer als der, der entweder bei Ultraschall- oder Hammerschweißverfahren angewendet wird.
• * die Bleche in ausreichend engen Kontakt miteinander gebracht werden, damit Während der Bindevor.gäne und unmittelbar danach wird ein guter Kontakt der Grenzflächen der miteinander zu verbindenden Materalien durch Kontaktvorrichtungen unterstützt und aufrecht erhalten, die unabhängig von der entsprechenden Heibquelle sind.
• Dadurch wird vermieden, daß hoher Druck auf das Werkstück über die Reibquelle, z.B. ein Reibrad äufgegeen wird, und dadurch wird der Energiebedarf des Verfahrens wie auch die Abnützung am Reibwerkzeug erheblich vermindert. Auch wird jede Markierung durch das Werkzeug auf das Metall oder eine andere Oberfläche, mit dem es direkt in Kontakt kommt, auf ein Minimum verringert.
• Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Vorrichtung beschränkt, es können mit Vorteil auch andere Vorrichtungen zur Behandlung der miteinander zu verbindenden Materialien verwendet werden.
• Die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendeten Versiegelungsgeschwindigkeiten sind sehr hoch; beispielsweise kann eine 20 Mikron dicke Aluminiumfolie mit Geschwindigkeiten von 1 bis 2 m/sec verbunden werden, oder Punktschweißungen von Aluminium mit Aluminium und Aluminium mit Kunststoff sogar in 1/25 Sekunde, während das Werkstück an dem Reibwerkzeug oder das TJerkzeug an dem Werkstück vorbeigeführt wird.
• Die Einrichtung zum Laminieren in der Breite weist im allgemeinen eine Walze großen Durchmessers als Reibquelle oder eine Reihe solcher Walzen (die Walze oder die Walzen können erhaben ausgebildet sein, damit eine Verbindung nur in ausgewähften Bereichen erreicht wird) sowie eine Trägerwalze auf, die erforderliche' falls je nach den miteinander zu verbindenden Materialien, ihrer Dicke und anderen Eigenschaften aufgeheizt oder geldShlt wird. Ist eine Aluminiumfolie mitseiner Unterlage zu verbinden, haben sich weiche Ilaterialien, wie z.B. SiliRonnoummi und Filz als wirksam für eine Reibrollenabdeckung herausgestellt; der Filz ist stark gepreßter Filz und kann direkt auf der Metall folienfläche verwendet werden, wobei der zusätzliche Vorteil erhalten wird, daß die Oberfläche poliert wird.
• Wenn das Produkt, mit dem die £luminiumfolie oder dahin verbunden werden soll, selbst erhabene Bereiche aufweist, beispielsweise eine Honigwabenstruktur hat, und die Aluminiumfolie oder -bahn als Haut auf seine Oberfläche aufgebracht werden soll, kann die Honigwabenstruktur mit der Aluminiumhaut bedeckt und &ui einem Tisch unterhalb der Reibquelle transportiert werden, der die beiden miteinander verbindet.
• Das Verfahren ist auch auf das Verbinden von Aluminium mit Flüssigkeiten, z.B. Überzügen oder Druckfarben anwendbar. Ob...
• gleich in manchen Fällen die Flüssigkeit selbst bei der lreiD-behandelt das Aluminium benetzt, besteht der Effekt der j3e handlung darin, die Verbindun'sfestigkeit zu verbessern und zu erhöhen, und in manchen Fällen eine Benetzung und Verbindung zu erreichen, die ohne die Behandlung nicht möglich wäre.
• Eine Reibbehandlun von Aluminium nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt nicht nur eine wesentlich verbesserte Adhäsion eines anschließend aufgebrachten Überzuges, sondern ermöglicht auch, daß dieser Überzug in einem einzigen Arbeitsvorgang aufgebracht wird. Das Gewicht des aufgebrachten Überzuges kann auch vermindert werden, ohne daß die Adhäsion mit Aluminium oder mit der Aluminiumfolienkomponente einer Schichtung verringert wird, beispielsweise einer Schichtung, die sich aus Aluminiumfolie, Kleber und Kraftpapier zusammensetzt.
• Aluminium kann entweder direkt oder indirekt zur Verbesserung der Adhäsionseigenschaften behandelt werden. Wenn eine indirekte Behandlung vorgenommen wird, wird ein Zwischenmaterial zwischen die Heibquelle und das zu behandelnde Material eingebracht, im allgemeinen jedoch werden die Oberflächen direkt durch das Reibelement beaufschlagt. Der Einfluß istanhaltend und die Behandlung kann einige Zeit vor dem Vorgang durchgeführt werden, der das Inberührun£oringen oder Benetzen der Aluminiumfläche mit der Flüssigkeit ergibt.
• lSaterialien, die zur Herstellung der Walzen verwendet werden können, welche zur Behandlung der Materialien und zur Verbesserunb der Adhäsionseigenschaften auf der Bahn verwendet werden, sind vorzugsweise weich und abriebfrei. Beispielsweise können sie aus Filz, Wolle oder erhabener Baumwolle, Samt oder IJylonoewebe, Nylon- oder anderen synthetischen Pelzen, weichen Tuftingteppich und dgl. bestehen.
• Ijiedrige Reibdrehzahlen in der Größenordnung vom 1.000 bis 10.000 U/min haben sich abhängig von der Bewe0;£ngsgeschwindig keit der Bahn als wirksam in Labordauerversuchen für die Behandlung einer Aluminiumfolienfläche mit einer Mehrstoffschichtung aus Papier, Kleber und Aluminiumfolie vor dem Überziehen erwiesen.
• Im Falle vorliegender Erfindung kann das Reibwerkzeug an eine der tatsächlich miteinander zu befestigenden Oberflächen aufgebracht werden, dies ist jedoch üblicherweise nicht der Fall.
• Vielmehr wirkt das Werkzeug üblicherweise durch die Dicke wenigstens einer Materialschicht und wird auf die Oberfläche einer Bahn aufgesetzt, die gegenüber der liegt, welche verbunden werden soll. Das Werkzeug braucht nicht in Kontakt mit einer der Oberflächen des zu verbindenden Teiles sein und kann durch einen Zwischenbelag aus einem Material hindurch wirken,-der gegen den Adhäsions- oler Kohäsionseffekt der Reibbehandlung unter den verwendeten -Bedingungen widerstandsfähig ist.
• Somit kann eine Anordnung von Materialien an den in Berührung miteinander stehenden Grenzflächen durch direkten Kontakt einer oder mehrerer äußerer Flächen der miteinander zu verbindenden Anordnung mit einem Reibwerkzeug versiegelt oder verbunden werden, oder aber einZwiachenmaterial oder eine Zwischenvorrichtung kann zwischen diese Anordnun<, und in Kontakt mit dem Reibwerkzeug angeordnet Yreraen, ohne daß der Verbindunrnseffekt der Reibbehandlung gehemmt wird. Der Zwischenbelag oder die zwischenliegende VorrichtunO, falls eine solche verwendet wird, haftet nicht an dem Endprodukt an und wird kein Bestandteil dieses Endtroduktes; eine ihrer Aufgaben besteht darin, die mechanische Wirkung des Heibwerkzeu0res auf die äußeren Flächen der miteinander zu verbindenden Materialien zu verringern, und in bestimmten Fällen die Wirkung des Vorganges , der die Verbindung verursacht, zu verbessern. In bestimmten Fällen kann eine Verbindung durch die Wirkung des Reibwerkzeuges auf einen Zwischenbelag oder eine zwischenliegende Vorrichtung erzielt werden, selbst dann, wenn ein solcher Belag oder eine solche Vorrichtung in unmittelbarer Nähe, jedoch nicht direkt in Kontakt mit der Anordnung, die verbunden werden soll, liegt.
• Die Arten von Materialien, die als Zwischenmaterialien dienen können, sind in der britischen Patentanmeldung 1.224.891 beschrieben. Mit Polytetrafluoräthylen überzogenes Glasgewebe ist ein besonders gutes Material für diesen Zweck. Metallfolie und Metallblech ist insbesondere während des Verbindens ziemlich großer Schichtdicken von Aluminium wirksam, die Seite jedoch, die in Kontakt mit der zu verbindenden Anordnung steht, soll vorzugsweise einen Trennüberzug aufnehmen.
• Wenn ein Zwischenmaterial vorhandenist, und insbesondere im Fall einer Verbindung von Metall zu Metall, bei der die obere oder äußere zu verbindende Materialschicht Aluminiumblech ist, hat man festgestellt, daß das Reibwerkzeug vorzugsweise geschmiert werden soll, um eine Übertragung von Aluminium auf die Oberfläche zu vermeiden und ein Abschrecken der Oberfläche des Aluminium bleches zu verhindern.
• Beispiele iüe eine Einrichtung zur Durchführung des erfindunrs gemäßen Verfahrens sind in der vorgenalultell britischen Patentanmeldung 1.224.391 erläutert.
• Nachstehend werden einige AusführunCrTsbeis)iele für das. erfindungsom:1?e Verfahren beschrieben: Beispiel 1. Die Verbindung quer zu einer Bahn zweier unterbrochenen den.
• Bahnen einer Folie von 20/100, z.B. Aluminiumfolie.
• zwei der Herstellung von Aluminiumfolie reißt die Bahn manchmal und muß dann wieder zusammengeschweißt werden. Die Produktion wird dabei während dieses Zusammenschweißens aufgehalten. Um die abgerissenen Bandenden wieder miteinander zu verbinden, wird bisher eine Ultraschallschweißtechnik angewendet, bei der ein Ultraschallhorn, im allgemeinen in Form eines Rades, über die sich überlappenden Ränder der Bahn geführt wird und sie zusammenschweißt. Der Energieverbrauch bei diesem Verfahren ist hoch und die Geschwindigkeiten übersteigen im allgemeinen 7 bis 8 m/min nicht. Die Kosten für die Ultraschallwerkzeuge und den Ultraschallgene autor sind hoch.
• Im Gegensatz hierzu ergibt das erfindungsgemäße Reibverfahren ein wirtschaftliches Verfahren, das die Verbindung der gerissenen Bahnteil mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht.
• Das umlaufende Werkzeug ist mit einem Bahnvorschubmechanismus befestigt, der Gesc-hwindigkeiten von 1 m/sec oder darüber zuläßt.
• Es ist so eingebaut, daß nur die untere Radkante aus dem Gehäuse vorsteht. Die Metallträgerrolle ist mit einer Abdeckung aus Kohlenstoff gefülltem Hart gummi versehen, der einen weichen Träger für das Reibrad ergibt und eine rasche Abnutzung verhindert. Das Reibrad besteht aus mit Molybdänisulfid gefülltem Polyimidharz und weist abgerundete, konturierte Kanten auf, besitzt einen Durchmesser von 5,5 cm und eine Breite an der Arbeitsfläche von 2 mm.
• Die Eingabe in einen 0,5 PS-Antriebsmotor von 40 V für das ilad wird auf dem Regeltransformator auf 80% eillgestellt, was etwa eine Geschwindigkeit von ,0.000 U/min ergibt. Der flruaic des rades auf die Folienoberfläche übersteigt nicht T00 bis 300 b bei einer Kontaktfläche von etwa 2 mm'~. Das Werkzeug und der Vorschubmechanismus werden gleichzeitig in Bewegung gesetzt und eine 1 m breite Bahn wird in einer Sekunde verbunden.
• An den Foliengrenzflächen wird eine echte koh,sive Verbindung ausgebildet, die die Reißfestigkeit der Aluminiumfolie über steigt; die Verbindung' erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die eine minimale Unterbrechung der Produktion gewährleistet.
• Bei einer anderen Art von Einrichtung zum Verbinden von Bahnenden wird die Bahn kontinuierlich ausgebildet, ohne daß die Elaschine angehalten wird.
• Beispiel 2. Das Versiegeln von aluminiumfolie mit Papier.
• Die Versiegelungsbedingungen sind die gleichen wie im Beispiel 1.
• Der Hartgummiträger wird jedoch mit weichem Aluminiumblech von 1 mm Dicke überzogen. Die Versiegelungen werden in der Bewegungsrichtung der Bahn hergestellt, und ein 1PS-Motor treibt gleichzeitig drei Räder an. Die Aluminiumfolienbahn wird auf die Oberseite einer Bahn aus Papiergewebe, wie sie beispielsweise für den Belag von Zigarettenpackungen verwendet wird, aufgebracht und wird auf eine einzige Aufwickelrolle aufgewickelt.
• Die Versiegelungsgeschwindigkeiten können Im/sec übersteigen, und die dabei auftretende Verbindung ist für die Verwendung des Laminats für zahlreiche Anwendungsfälle in der Verpackungsindustrie ausreichend.
• Beispiel 3. Das Laminieren von Aluminiumfolie mit gewebtem Glasleinen.
• Aluminiumfolie von 20 y Dicke ist auf gewebt-s Glaslei@@@ gewickelt und dieses ist auf einer rägeroberflache einer Gummizusammensetzung anseordnet, die selbst auf Holzbrett aufgeklebt ist, das mit dem Vorschubschienengerüst befestigt ist. Der Reibkopf besteht aus einem Kopf aus hartem, zusammengepreßtem Filz mit einer Breite von 3 cm und einem Durchmesser von 4 cm; die Eingangsspannung am hotor beträgt ?096. Die Drücke liegen an der Kontaktstelle in der Größenordnung von 2 kg, und die Anordnung wird an dem Reibkopf mit Geschwindigkeiten von etwa 30 cm/sec vorbeigeftihrt. Das resultat ist, daß die Folie mit dem Glasgewebe verbunden wird und daß die Aluminiumfolie gleichzeitig texturiert wird.
• Beispiel 4. Das Laminieren von Aluminiumfolie mit gewebtem Baumwolltuch.
• Es werden bei diesem Ausf½ungsbeispiel der gleiche Aufbau und die gleichen Parameter verwendet wie für Beispiel 3, die Geschwindigkeit des umlaufenden Werkzeuges wird jedoch erhöht und die Eingangsenergie auf 80% vergrößert. Dies ergibt eine Laminieruna der Aluminiumfolie mit dem Baumwollgewebe ohne Anwendung eines Klebers Beispiel 5 Das Verbinden von Aluminiumblech von 110 Mikron Dicke mit zinnfreiem Blech von 150 Mikron Dicke.
• Zinnfreies Stahlblech wird über eine Bahn aus Aluminium gebracht und beide werden unter ausreichendem Druck auf einem Tisch festgeklemmt, damit die beiden B1aie in innigen Kontakt miteinander kommen In der Befestigungsvorrichtung ist ein Spalt vorgesehen, an welchem die Verbindung ausgebildet wird; in diesen Spalt greift ein Wolframkarbidrad mit einer Kontaktfläche von 3 mm Breite und einem Durchmesser von 6 cm ein, während die Anordnung an an dem Rad mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/sec vorbeigeführt wird. Das Rad läuft mit einer Drehzahl- von 20.000 U/min um und ergibt einen Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Bleches bei einer Belastung von 1,8 kg und verschweißt das Blsch mit dem Aluminiumblech. Auf diese Weise können Vorrichtungen, z.B. IIandgriffe, zum Öffnen mit Aluminiumgefäßen oder mit den Deckeln von Aluminiumgefäßen befestigt werden.

Claims (7)

P a t e n t a n s p r ü c li e

1. Verfahren Wi Verbinden eines ersten Metalles mit einem material der Gru3pe, die aus einem zweiten Metall, einer Flüssigkeit einem Zellulosederivat, einem anorganischen Material und einem wärmehärtenden Kunststoff besteht wobei eine Oberfläche des zu verbindenden Metalles durch Reibbehandlung beeinflußt und diese Oberfläche in innigem Kontakt mit dem Material gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Metall Aluminium ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ReibbehandlunÒ zur gleichen Zeit wie das Herstellen des innigen Kontakt es vorgenommen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibbehandlung durchgeführt wird, bevor der innige Kontakt hergestellt wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsvorgang durch zusätzliche Anregung unterstützt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibbehandlung durch rasches Bewegen des Werkzeuges,das auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird, erzielt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibbehandlung in der Weise erzielt wird, daß ein rasch bewegtes Werkzeug auf eine Oberfläche des Aluminiums aufgebracht wird, die durch das Aluminium von der zu verbindenden Oberfläche erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindende Aluminiumoberfläche eine Oberfläche einer Aluminiumfolie ist.

anordnung bestehend aus einem ersten Metall, das mit einem Material der Gruppe verbunden ist, welches ein zweites Metall, eine Flüssigkeit, ein Zellulosederivat, ein orzanisches Material und einen wärmehärtenden Kunststoff umfaßt, unter Anwendung eines Verfahrens nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Metall Aluminium ist.